六面顶金刚石压机采用二通比例调速器阀的技术升级论文

摘 要： 文章采用二通比例调速器阀对六面顶金刚石压机的有关卸压的液压回路进行改造， 改造后取得了良好的效果， 降低了顶锤的消耗。

1、 前言

我公司是专业从事复合超硬材料的研发、生产、销售和服务的高新企业， 主要生产石油钻探金刚石复合片、金刚石拉丝模和切削用金刚石刀片。六面顶金刚石压机是我国生产金刚石复合片 （PDC） 的主要设备， 金刚石复合片是以金刚石微粉与硬质合金衬底为原料在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料， 它具有金刚石的硬度与耐磨性能， 又具有硬质合金的强度与抗冲击性能， 是制造石油与煤田钻头的卓越钻齿材料。但这种产品对压机的要求非常高， 稳定提高产品成品率及减少顶锤“放炮”现象是一项艰巨的任务。所以， 把新工艺新技术应用到六面顶压机上刻不容缓。

2、 概述

随着石油钻井技术的不断提高， 高品质的金刚石复合片应用越来越广泛， 同样这对六面顶压机的要求也越来越高。我国的六面顶压机液压系统的卸压方式经历了有功卸压、一级无功卸压和一级二级无功卸压等方式， 但这样的前提还是不能精准保证在超高压状态下的平稳卸压。在超高压状态下的平稳卸压速度不仅对高品质的金刚石复合片的质量影响非常大， 还对硬质合金顶锤的使用寿命至关重要。所以， 我公司设备技术人员通过不断探讨与研究， 决定在其中一台压机上装置一套二通比例调速阀及比例放大器， 进行试验性改进。

3、 工作原理

比例调速阀主要有阀体、比例电磁铁、控制节流口、压力补偿器、行程限制器及单向阀组成。在电气控制上， 利用欧姆龙CP1H可编程控制器的一个D/A端口， 设定为0~10V输出， 在软件上编制出卸压曲线和PID调节程序。D/A端口输出的`0~10V电压， 通过比例放大器的放大作用， 输出可调的驱动电流到比例阀上。

4、 液压回路改造图及原理

原来卸压过程是， 增压器上腔是超高压腔， 压强约为100MPa, 要把超高压腔里面的压力卸下来， 需要14CT电磁阀得电油路经过14CT电磁阀， 打开11液控单向阀， 增压器下腔的液压油， 通过11液控单向阀， 到达12节流阀， 通过12节流阀回油箱， 当压力下降到40MPa, 15CT电磁阀得电， 增压器下腔的液压油， 通过15CT电磁阀， 又通过13节流阀回油箱， 又为增压器下腔的液压油提供一条通道， 提高低压时， 卸压速度。这就是一级二级无功卸压原理。这种卸压方式高压的影响时快， 低压时慢， 对产品的质量， 特别是高端产品的质量有比较大。卸压速速有人工调节， 卸压的时间控制精度不高。 （图1） .

改造后卸压过程是， 有压力卸压曲线确定卸压的时间， 每一秒需要卸压多少， 由PLC发出指令到D/A端口， D/A端口输出合适的信号到比例放大器， 信号放大后， 到达比例调速阀上， 来确定比例调速阀开口的大小， 这个是个动态的过程。压力变送器实时反馈给PLC当前压力的大小， 使得PLC不断调整输出模拟量的大小， 通过PID的调节作用自动调整， 使实际压力与设定压力基本接近， 从而实现平稳的卸压。卸压速度自动调节， 卸压的时间控制精度很高。并且， 还保留原来的卸压方式作为备用， 防止比例调速阀出现问题， 卸不了压力， 造成安全事故。在程序上设计有卸压方式的切换。 （图2） .

图2

5、 控制界面的设计

图3

6、 使用效果

自我公司从第一台φ750六面顶压机上改造后使用， 效果非常好， 使我公司的高品质复合片质量得以大大提高， 打破了国外公司 （GE） 对高品质复合片的垄断。采用比例调速阀装置不仅可以保证复合片生产过程中的工艺要求及卸压过程中的精确控制， 同时也大大延长了硬质合金顶锤的使用寿命。

参考文献

[1]高殿荣。液压工程师技术手册第二版[M].北京：化学工业出版社， 2015

[2]北京华德液压公司液压阀件技术手册[S].